新教材2025版高中物理第四章光及其应用6.光的衍射与偏振7.激光学案教科版选择性必修第一册

6．光的衍射与偏振7．激光课标要求1.视察光的衍射现象，相识衍射条纹的特点．2．知道产生明显衍射现象的条件．3．视察光的偏振现象，知道自然光和线偏振光的区分．4．了解激光的特点和应用．思维导图必备学问·自主学习——突出基础性素养夯基一、光的衍射1．单缝衍射现象(1)当单缝________时，光沿着直线方向通过单缝，在光屏上可以看到一条跟单缝宽度相当的亮线或(亮斑)．(2)把单缝调窄些，可以看到屏上亮线也随之________．(3)当单缝调到很窄时，光通过单缝后就明显地偏离了____________方向，在屏上出现的不再是一条很窄的亮线，而是扩展到了相当宽的地方，并且出现了____________的条纹；再调小单缝，条纹也随之变得清楚、细小．2．光的衍射依据直线传播的规律应当属于阴影的区域也会出现________；反之，应当属于亮区的地方也会出现____________．这种现象叫作光的衍射．3．衍射图样衍射时产生的____________的图样叫作衍射图样．二、光的偏振1．偏振：当狭缝的方向与绳的振动方向________时，绳上横波可以传过去；狭缝的方向与绳的振动方向________时，绳上的横波就不能通过了，这种现象叫作偏振．2．线偏振光：光____________限在一个平面内的光．3．自然光：通常光源发出的光(包括太阳光)是由大量的、__________不同的____________组成，称为自然光．4．假如在自然光(如灯光、太阳光)传播的方向上放一偏振片，其中只有那些振动方向与偏振片透光方向________的成分可以通过偏振片，于是就得到了________．5．光的偏振现象证明光是____波．三、激光激光的特性及应用特性应用强度大、方向性好、单色性好激光加工、激光医学相干性好、覆盖波段宽而且可调谐激光检测、激光全息照相、激光通信、激光照排[举例]用两支圆柱形铅笔并在一起，形成一个狭缝，使狭缝平行于日光灯，会看到彩色的衍射条纹．[导学1]视察教材中的图4－6－1和图4－6－2，比较圆孔的衍射和不透光圆板的衍射现象的区分．[导学2]立体电影拍摄时是利用线偏振光，放映时也是利用线偏振光，戴的眼镜是偏振片．关键实力·合作探究——突出综合性素养形成探究点一三种衍射图样特点的比较导学探究(1)让一束红光照耀在游标卡尺两个卡脚之间的缝上，渐渐减小两个卡脚之间的距离，使缝越来越小，视察照在屏幕上光斑的变更．缝宽大约多大时屏幕上出现条纹？缝间距变小时，条纹有什么变更？(2)用针尖在一张厚纸上扎一个很小的小孔，用眼睛通过小孔视察太阳光，会视察到什么现象？归纳总结1.单缝衍射图样(1)中心条纹最亮、越向两边越暗，条纹间距不等．越靠外，条纹间距越小．(2)缝变窄后通过的光变少，而光分布的范围更宽，亮纹的亮度降低．(3)中心亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝宽度有关．入射光波长越大，单缝越窄，中心亮条纹的宽度及条纹间距就越大．(4)用白光做单缝衍射时，中心亮条纹是白色的，两边是彩色条纹，中心亮条纹仍旧最宽最亮．2．圆孔衍射图样(1)中心是大且亮的圆形亮斑，四周分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小．(2)圆孔越小，中心亮斑的直径越大，同时亮度越弱．(3)用不同色光照耀圆孔时，得到的衍射图样的大小和位置不同，波长越大，中心圆形亮斑的直径越大．(4)白光的圆孔衍射图样中，中心是大且亮的白色光斑，四周是彩色同心圆环．(5)只有圆孔足够小时才能得到明显的衍射图样，在圆孔由较大直径渐渐减小的过程中，光屏依次得到几种不同的现象——圆形亮斑(光的直线传播)、光源的像(小孔成像)、明暗相间的圆环(衍射图样)、完全黑暗．3．不透亮的小圆板衍射图样(泊松亮斑)(1)在圆板的阴影中心出现亮斑，在阴影外有明暗相间的圆环．(2)泊松亮斑图样的亮环或暗环的距离随着圆板半径的增大而减小，而且背景是光明的，如图所示．典例示范例1某探讨性学习小组用激光束照耀圆孔和不透亮圆板后，分别得到如图所示的衍射图样．据此可以推断出()A．甲是光线射到圆孔后的衍射图样，乙是光线射到圆板后的衍射图样B．乙是光线射到圆孔后的衍射图样，甲是光线射到圆板后的衍射图样C．甲、乙都是光线射到圆孔后的衍射图样，甲孔的直径较大D．甲、乙都是光线射到圆板后的衍射图样，乙板的直径较大归纳总结理解并牢记各种衍射图样的特征(1)对于单缝衍射条纹的特征用十二个字概括：“中宽边窄”“中亮边暗”“中白边彩”．其中“中白边彩”只适合于白光光源．(2)各种衍射图样的形态不同，但图样的分布规律、影响因素都是类似的．素养训练1视察单缝衍射现象时，把缝宽由0.2mm渐渐增大到0.8mm，看到的现象是()A．衍射条纹的间距渐渐变小，衍射现象渐渐不明显B．衍射条纹的间距渐渐变大，衍射现象越来越明显C．衍射条纹的间距不变，只是亮度增加D．以上现象都不会发生素养训练2如图，a、b、c、d四个图样是两种单色光用同样的仪器形成的双缝干涉或单缝衍射图样，分析各图样的特点(黑色为亮条纹，a图样的亮纹间距比b图样大，c图样中心亮纹比d图样宽)可以得出的正确结论是()A．a、b是光的衍射图样，c、d为光的干涉图样B．a、b是光的干涉图样，c、d为光的衍射图样C．形成a图样的光的波长比形成b图样的光的波长短D．形成b图样的光的波长比形成d图样的光的波长短探究点二自然光和偏振光的比较导学探究取一根软绳，一端固定在墙上，手持另一端上下抖动，软绳上形成一列横波，质点在竖直平面内沿着上下方向振动．假如手持绳的一端左右抖动，会在绳上形成另一列横波，质点在水平面内沿着左右方向振动．现在让软绳穿过一块带有狭缝的木板．分别将狭缝与振动方向平行放置及与振动方向垂直放置，视察发生的现象(如图甲、乙所示)．假如将这根软绳换成细软的弹簧，前后推动弹簧形成纵波，视察发生的现象(如图丙所示)．这两种现象说明什么？归纳总结1.偏振片上的“狭缝”表示透振方向，而不是真实的狭缝．2．只要光的振动方向不与透振方向垂直，都可以不同程度地通过偏振片，不过强度要比振动方向与透振方向平行的光弱一些．3．自然光和线偏振光自然光线偏振光光的来源干脆从光源发出的光自然光通过偏振片后的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿全部方向，且沿各个方向振动的光强度都相同在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某一特定方向(与偏振片透振方向一样)举例太阳、电灯、蜡烛火焰等干脆发出的光自然光在介质表面反射和折射形成的光典例示范例2(多选)如图所示，P是一偏振片，P的透振方向为竖直方向．下列四种入射光束照耀P时能在P的另一侧视察到透射光的是()A．太阳光B．沿竖直方向振动的光C．沿水平方向振动的光D．沿与竖直方向成45°角振动的光素养训练3关于自然光和线偏振光，下列观点正确的是()A．自然光能产生干涉和衍射现象，而线偏振光却不能B．只有自然光透过偏振片才能获得线偏振光C．自然光只能是白色光，而线偏振光不能是白色光D．自然光和线偏振光都能使感光底片感光素养训练4(多选)如图所示，电灯从S处发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向，看不到光亮，则()A．图中a光为线偏振光B．图中b光为线偏振光C．以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮D．以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮探究点三激光的特点及其应用归纳总结1.激光的产生激光是原子受激辐射产生的光，发光的方向、频率、振动方向均相同，两列相同激光相遇可以发生干涉．2．激光的特点(1)激光是人工产生的相干光，其单色性好，相干性好．激光的频率单一，相干性特别好，颜色特殊纯．用激光做衍射、干涉试验，效果很好．(2)激光的平行度好．从激光器发出的激光具有极好的平行性，几乎是一束方向不变、发散角很小的平行光．传播几千米后，激光斑扩展范围不过几厘米，而探照灯的光束能扩展到几十米范围．(3)激光的亮度高．激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量．3．激光的应用光纤通信；激光测距；激光读写；激光加工；激光手术(亦称光刀手术)；激光武器；在可控聚变反应中的应用．典例示范例3(多选)关于激光，下列说法正确的是()A．激光是用人工方法激发出的一种特殊的光B．自然界中某些自然物体也可以发出激光C．激光可以像刀子一样切除肿瘤D．由于激光的方向性好，所以激光不能发生衍射现象素养训练5在演示双缝干涉的试验时，常用激光作光源，这主要是应用激光的什么特性()A．亮度高B．平行性好C．单色性好D．波动性好随堂演练·自主检测——突出创新性素养达标1．下列现象中可以说明光是横波的是()A．光的干涉现象B．光的衍射现象C．光的全反射现象D．光的偏振现象2．(多选)下列说法正确的是()A．当光的波长比圆孔的直径大时，可以产生明显的衍射现象B．衍射现象的探讨表明“光沿直线传播”只是一种近似规律C．用平行的单色光垂直照耀不透亮的小圆板，在圆板的后面发觉圆板阴影中心处有一亮斑，这是光的干涉现象D．用平行的单色光垂直照耀一个刀片，发觉屏上刀片的阴影的边缘模糊不清，这是光的衍射现象3．在光的单缝衍射试验中可视察到清楚的明暗相间的图样，下面四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是()A．a、cB．b、cC．a、dD．b、d4．(多选)关于激光的应用，下列说法正确的是()A．光纤通信是应用激光相干性好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中进行信息传递的B．计算机内用“磁头”可读出光盘上记录的信息是应用了激光平行度好的特点来进行的C．医学中用激光做“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点D．“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点5．(多选)关于立体电影，以下说法正确的是()A．观众戴上特制眼镜是为了防止损害眼睛B．这副眼镜其实就是一对透振方向相互垂直的偏振片C．戴上特制眼镜的观众若只用一只眼睛看，则银幕上只是一片光亮而无图像D．产生立体视觉是因为人的两只眼睛同时视察物体时，在视网膜上形成的像并不完全相同6．光的衍射与偏振7．激光必备学问·自主学习一、1．(1)较宽(2)变细(3)直线传播明暗相间2．亮条纹暗的区域3．明暗相间二、1．相同垂直2．振动的方向3．振动方向线偏振光4．平行线偏振光5．横关键实力·合作探究探究点一【导学探究】提示：(1)大约0.8mm时会出现条纹，当缝间距变小时，屏幕上条纹间距渐渐变宽，但亮度渐渐减弱．(2)会视察到中心为亮圆，四周为彩色的圆环．【典例示范】例1解析：圆孔衍射图样是中心为大亮斑，而在圆板衍射图样中，中心为大阴影，只是在大阴影背景下中心处有一个小亮斑，此即为泊松亮斑．所以，图甲为圆孔衍射，图乙为圆板衍射，A正确．答案：A素养训练1解析：由单缝衍射试验的调整与视察可知，狭缝宽度越小，衍射现象越明显，衍射条纹越宽，条纹间距也越大，本题的调整是将缝调宽，现象向相反的方向发展，A正确，B、C、D错误．答案：A素养训练2解析：双缝干涉图样的条纹是等间距的，而衍射条纹间距不相等，则知a、b是光的干涉图样，c、d是光的衍射图样，A错误，B正确；依据Δx＝〖(L)/(d)〗λ可知，光的波长越长，双缝干涉条纹间距越大，则知形成a图样的光的波长比形成b图样光的波长长，C错误；波长大的光形成的衍射图像条纹间距大，可知形成b图样的光的波长与形成d图样的光是同一种光，D错误．答案：B探究点二【导学探究】提示：当机械波是横波时，若质点的振动方向与狭缝平行，则机械波能透过狭缝传播，若质点的振动方向与狭缝垂直则不能透过狭缝传播．对纵波而言，不管什么状况，纵波总能透过狭缝传播．【典例示范】例2解析：依据光的偏振学问，只要光的振动方向不与偏振片的透振方向垂直，光就能通过偏振片．当光的振动方向与偏振片的透振方向相同时，透射光最强，当二者垂直时，光完全不能透过．当二者间的夹角在0～90°渐渐增加时，透射光渐渐减弱．太阳光、沿竖直方向振动的光、沿与竖直方向成45°角振动的光均能通过偏振片．综上所述，A、B、D正确．答案：ABD素养训练3解析：振动沿各个方向匀称分布的光是自然光，而振动沿着特定方向的光是线偏振光，但自然光和线偏振光都能发生干涉和衍射现象，A错误；光的偏振现象并不罕见，除了从光源干脆发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是线偏振光，B错误；光的颜色由光的频率确定，与光的振动方向无关，C错误；自然光和线偏振光都具有能量，都能使感光底片感光，D正确．答案：D素养训练4解析：自然光沿各个方向是匀称分布的，通过偏振片后，透射光是只有沿着某一特定方向振动的光．从电灯干脆发出的光为自然光，即a光是自然光，A错误；a光通过A偏振片后，即变为线偏振光，即b光为线偏振光，B正确；设通过A的光沿竖直方向振动，若B偏振片只能通过沿水平方向振动的线偏振光，则P点无光亮，将B转过180°后，P处仍无光亮，C错误；若将B转过90°，则该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片，则线偏振光能通过B，即在P处有光亮，D正确．答案：BD探究点三【典例示范】例3解析：激光是用人工方法激发出的一种特殊的光，A正确，B错误；激光具有方向性好、亮度高、强度大等特点，可以像刀子一样切除肿瘤，C正确；激光是一种波，只要是波就能发生衍射现象，D错误．答案：AC素养训练5解析：频率相同的两束光相遇才能发生干涉，激光的单色性好，频率单一，通过双缝时能够得到两束相干光，C正确．答案：C随堂演练·自主检测1．解析：光能发生干涉和衍射现象，说明光是一种波，具有波动性；光的全反射现象，说明光